Heading

Od początku Mat Risher przysięgał, że dializy nie zmienią jego życia. Pracował w firmie produkującej oprogramowanie, prowadząc badania nad symulatorem wyścigów samochodowych, kiedy uszkodzenie nerek spowodowane toczniem zmusiło go do rozpoczęcia zabiegów filtrujących krew trzy razy w tygodniu.

Pięć lat minęło, a sesje osłabiły jego determinację. 33-latek pracuje teraz na pół etatu. W dobre dni, lubi wypróbowywać nowe przepisy. W złe dni, jego toczeń się zaostrza, a obciążenie nieustanną dializą pozostawia go wyczerpanego. „Nie mam żadnego życia towarzyskiego, żadnego życia randkowego” – mówi Risher, który mieszka w pobliżu Seattle w stanie Waszyngton. „Stałem się odludkiem w moim pokoju.”

Risher ma stosunkowo dużo szczęścia; ma dostęp do leczenia, podczas gdy do siedmiu milionów ludzi może umrzeć każdego roku, nie otrzymując takiej opieki1. Jednak Risher, członek rady doradczej dla pacjentów w Centrum Innowacji Dializ (CDI) w Seattle, niecierpliwie oczekuje opcji bardziej nadającej się do życia niż dializa, która w dużej mierze pozostaje niezmienna od 50 lat.

Wejdź do jakiejkolwiek placówki, mówi współdyrektor CDI Buddy Ratner, a znajdziesz wielką maszynę przy łóżku każdej osoby poddawanej dializie. „W dzisiejszych czasach będzie ona wyposażona w ekrany LCD i nowoczesne elementy sterujące” – mówi. „Ale spójrz na zdjęcia tych maszyn z lat 60-tych. Wyglądają one raczej podobnie do tego, co robimy dzisiaj”. Przeżywalność wzrosła, ale nadal zaledwie 42% amerykańskich pacjentów otrzymujących najczęstszą formę leczenia, znaną jako hemodializa, żyje nawet przez pięć lat – krócej niż w przypadku wielu nowotworów.

Ratner należy do międzynarodowej grupy lekarzy, bioinżynierów i przedsiębiorców, którzy pracują nad zrewolucjonizowaniem leczenia niewydolności nerek, projektując urządzenia, które są na tyle przenośne, że można je nosić przy sobie w pracy lub zawiązać wokół talii. Niektórzy nawet opracowują sztuczne nerki, które mogłyby być chirurgicznie wszczepiane.

Złożoność pozostaje zniechęcająca. Dializa słabo naśladuje wyrafinowanie ludzkiej nerki, a ulepszone i bardziej przenośne wersje będą wymagały zminiaturyzowanych komponentów i znacznego zmniejszenia ilości wymaganej wody. Wszelkie podejścia, które wykorzystują materiały biologiczne, również napotkają na poważne przeszkody regulacyjne.

Ale nowa fala finansowania pomaga odwrócić lata stagnacji. W zeszłym roku prezydent USA Donald Trump wydał rozporządzenie wykonawcze w sprawie zdrowia nerek, w tym strategii mających na celu zmniejszenie niedoboru nerek dostępnych do przeszczepu, zachęcenie do większej liczby dializ w domu i zachęcenie do badań nad sztucznymi nerkami poprzez partnerstwo o nazwie KidneyX. Partnerstwo jest prowadzone przez rząd USA i Amerykańskie Towarzystwo Nefrologiczne i planuje zebrać 250 milionów dolarów w ciągu najbliższych pięciu lat. W zeszłym roku przyznano łącznie 1,1 miliona dolarów 15 amerykańskim zespołom badawczym zajmującym się różnymi elementami dializacyjnej układanki, w tym grupom dążącym do stworzenia urządzeń do dializy nadających się do noszenia oraz bioinżynieryjnych przeszczepów nerek.

Na całym świecie trwają próby kliniczne przenośnych urządzeń, a naukowcy finalizują prace nad technologią o niskim stopniu zaawansowania, która, jak mają nadzieję, dotrze do regionów świata, w których nie można polegać na czystej wodzie, a dializy są rzadkością.

Wszystkie te wysiłki to kropla w morzu w porównaniu z ogromnym rachunkiem za leczenie ludzi żyjących z schyłkową niewydolnością nerek – co najmniej 35 miliardów dolarów rocznie w samych Stanach Zjednoczonych. Ale w tej dziedzinie panuje optymizm. John Sedor, nefrolog z Cleveland Clinic w Ohio, który przewodniczy komitetowi sterującemu KidneyX, przewiduje, że znacznie bardziej przenośne urządzenie będzie dostępne w ciągu najbliższych pięciu lat, a pierwsze urządzenie nadające się do noszenia w ciągu następnej dekady. „Myślę, że jest to niezwykły czas i znajdujemy się w punkcie zwrotnym w naszej dziedzinie” – mówi.

Ta innowacja jest już dawno spóźniona, mówi Valerie Luyckx, nefrolog ze Szpitala Kantonalnego Graubünden w Szwajcarii, która bada globalne obciążenie chorobami nerek. Dializy „to przemysł wart wiele miliardów dolarów, z wielomiliardowymi zyskami od wczesnych lat 60-tych” – mówi. „I nikt nie zawracał sobie głowy próbami wprowadzania innowacji, aż tu nagle pojawiły się badania i fundusze na dotacje.”

Mądry organ

Nerki to złożone i odporne organy, z których każda jest mniej więcej wielkości pięści. Każdego dnia filtrują około 140 litrów krwi, pozostawiając za sobą litr lub dwa wody i odpadów w postaci moczu.

Każda nerka posiada siatkę około miliona maleńkich jednostek filtrujących, zwanych nefronami. Krew wchodząca do nefronu przechodzi przez skupisko drobnych naczyń zwanych kłębuszkami nerkowymi. Cienkie ścianki kłębuszka umożliwiają przenikanie odpadów, wody i innych małych cząsteczek, blokując jednocześnie większe, takie jak białka i komórki krwi. Stamtąd przefiltrowany płyn przepływa do kanalików nerkowych, gdzie równowaga minerałów, wody, soli i glukozy jest wyrównana, a cząsteczki niezbędne do funkcjonowania organizmu są ponownie wchłaniane do krwiobiegu.

Ale wiele schorzeń może obciążać nerki, w tym cukrzyca, otyłość i wysokie ciśnienie krwi. I te warunki stają się coraz bardziej powszechne. Przewiduje się, że do 2030 r. 5,4 miliona ludzi na całym świecie będzie poddawanych dializom lub przeszczepom, a o wiele więcej umrze bez nich1.

W przypadku hemodializy pacjenci zazwyczaj muszą udać się do kliniki, gdzie są podłączani do maszyny ważącej ponad 100 kilogramów, która filtruje krew pacjenta przez półprzepuszczalną błonę, zaprojektowaną tak, aby odtworzyć funkcję kłębuszka nerkowego. Następnie stosowany jest wodny roztwór dializacyjny, który przywraca równowagę składników krwi i odprowadza toksyny do odpływu. Hemodializa jest znacznie lepsza w odtwarzaniu filtrowania niż w osiąganiu subtelnej rekalibracji zapewnianej przez kanaliki nerkowe, mówi Jonathan Himmelfarb, drugi współdyrektor CDI. Zdrowe nerki dokonują subtelnych korekt przez całą dobę, podczas gdy pacjenci otrzymują zaledwie 12 godzin dializy w trzech sesjach tygodniowo – mówi. Tak gwałtowne przywrócenie równowagi we krwi może być szokiem dla organizmu, a powrót do normalnego funkcjonowania może zająć wiele godzin. Nazywa się to wypłukaniem dializy. Risher, który jeździ na dializy autobusem, często zasypia w drodze do domu.

Nieefektywne leczenie jest również bardzo kosztowne – w Stanach Zjednoczonych na jednego pacjenta przypada aż 91 000 dolarów rocznie. Oprócz zużywania dużej ilości wody, obecne podejście zużywa ogromne ilości energii i materiałów, takich jak tworzywa sztuczne. „Zużywamy ogromne ilości wody – to nie jest zielona terapia” – mówi Sedor.

Dodatkowo, dostęp do niej jest nierówny na całym świecie. Nie więcej niż jedna trzecia ludzi w Azji jest dializowana, a jeszcze mniej w Afryce1 (patrz 'Zaniedbane potrzeby'). A nawet jeśli pacjenci w Afryce Subsaharyjskiej rozpoczną leczenie, rzadko są w stanie utrzymać je dłużej niż przez kilka miesięcy2.

Powodem, w dużej mierze, są koszty. Nawet jeśli rząd płaci za sesje, rodzina pacjenta często musi zapłacić rachunek za badania laboratoryjne, leki i inne koszty, mówi Gloria Ashuntantang, nefrolog w Yaounde General Hospital w Kamerunie. „Większość naszych pacjentów przerywa terapię w połowie drogi, po sprzedaniu całego majątku, a dzieci porzuciły szkołę.”

Wciąż brakuje dążenia do ulepszenia procedury, częściowo dlatego, że leczenie okazało się bardzo opłacalne dla dostawców dializ na całym świecie, mówi Murray Sheldon, lekarz i zastępca dyrektora ds. technologii i innowacji w Centrum Urządzeń i Zdrowia Radiologicznego przy Amerykańskiej Agencji ds. Żywności i Leków (FDA). „Oni mają krowę z pieniędzmi. I nie ma potrzeby wprowadzania żadnych innowacji”. Firmy zajmujące się dializą podważają ten argument. Brad Puffer, rzecznik firmy Fresenius Medical Care z siedzibą w USA w Waltham, Massachusetts, twierdzi, że jego firma inwestuje w ulepszenia, w tym w urządzenie do hemodializy, które zawiera materiał zaprojektowany w celu zmniejszenia krzepliwości krwi, potencjalnego efektu ubocznego, któremu dzisiejsi odbiorcy muszą przyjmować leki, aby zapobiec.

Nerka w plecaku

Jednym z największych problemów współczesnej dializy jest to, że maszyny wymagają ogromnych ilości wody: 120-180 litrów na każdą 4-godzinną sesję, mówi Himmelfarb. „Oczywiście nikt nie może nosić tego wokół siebie, ponieważ ważyłoby to tony”. Istnieje kilka modeli domowych sprzedawanych jako przenośne: Fresenius sprzedaje urządzenie, które, jak twierdzi, daje pacjentom większą mobilność. Waży ono 34 kilogramy i może być używane z domowym kranem, o ile woda spełnia określone normy jakości. W Seattle naukowcy z CDI opracowali technikę, która przepycha zużyty roztwór do dializy przez wkład wykorzystujący światło do przekształcenia mocznika – kluczowej toksyny, na którą ukierunkowana jest dializa – w azot i dwutlenek węgla, dzięki czemu roztwór można poddać recyklingowi3. Metoda ta może usunąć 15 gramów mocznika w ciągu 24 godzin, co wystarcza dla większości osób z niewydolnością nerek, i wymaga jedynie 750 mililitrów roztworu, twierdzi Himmelfarb.

Jednorazowe urządzenie do hemodializy opracowane przez zespół mogłoby być na tyle kompaktowe, że zmieściłoby się w walizce na kółkach, ważąc nie więcej niż 9 kilogramów, twierdzi Himmelfarb. Idealnie byłoby, gdyby pacjenci korzystali z niego codziennie.

Inna grupa próbująca zmniejszyć rozmiary dializy została niedawno utworzona przez Holenderską Fundację Nerek, firmę Debiotech z Lozanny w Szwajcarii zajmującą się urządzeniami medycznymi oraz ubezpieczycieli non-profit. Jej najnowszy prototyp, który ma nadzieję udostępnić pacjentom do 2023 roku, waży około 10 kilogramów i będzie wymagał jedynie 6 litrów roztworu, jak twierdzi Ton Rabelink, nefrolog z Centrum Medycznego Uniwersytetu w Lejdzie w Holandii, który jest członkiem rady doradczej ds. medycznych firmy o nazwie NextKidney. Urządzenie, które może być używane w domu, ogranicza ilość potrzebnego roztworu do dializy dzięki zastosowaniu materiału absorbującego, który pochłania toksyny – twierdzi Rabelink.

W Singapurze naukowcy z firmy AWAK, zajmującej się technologiami medycznymi, testowali jeszcze lżejsze urządzenie, ważące nie więcej niż 3 kilogramy. Jest ono przeznaczone do dializy otrzewnowej, czyli techniki wykorzystującej cewnik do przesyłania roztworu dializacyjnego do jamy brzusznej, gdzie wyściółka (otrzewna) odfiltrowuje toksyny z krwi, które mogą spłynąć wraz z roztworem do pustego worka.

Urządzenie firmy AWAK opiera się na pompie i wkładzie pochłaniającym toksyny z zużytego roztworu, dzięki czemu może on zostać ponownie wprowadzony do obiegu. Każde codzienne leczenie trwałoby od siedmiu do dziesięciu godzin.

Firma zakończyła badanie bezpieczeństwa z udziałem 15 osób dorosłych w Singapore General Hospital w 2018 roku. Nie odnotowano w nim żadnych poważnych zdarzeń niepożądanych, choć niektórzy pacjenci doświadczyli dyskomfortu brzusznego lub wzdęcia. Urządzenie jest jednym z kilku bardziej przenośnych produktów w rozwoju, które FDA zgodziła się przyspieszyć poprzez swój program „przełomowych urządzeń”.

Ale testowanie urządzenia w kontrolowanym otoczeniu szpitala bardzo różni się od używania go w codziennym życiu, mówi Arshia Ghaffari, badacz, który kieruje usługami dializy na Uniwersytecie Południowej Kalifornii w Los Angeles. Co więcej, możliwe jest, że stała recyrkulacja roztworu do dializy może nadwerężyć delikatne błony i „szybciej wypalić otrzewną” – mówi. Rzecznik firmy zdyskontował tę obawę, mówiąc, że płyn jest recyrkulowany w małych ilościach, zaledwie 250 mililitrów na raz.

W niektórych regionach świata dializa otrzewnowa nie wchodzi w grę ze względu na koszty transportu ciężkich worków z roztworem. W 2015 r. w międzynarodowym konkursie prowadzonym przez George Institute for Global Health w Camperdown w Australii poszukiwano sposobów na poprawę dostępu.

Zwycięska technologia, opracowana przez irlandzkiego inżyniera Vincenta Garveya, obejmuje lekki zestaw składający się ze sterylnych worków zawierających suchą mieszankę (dekstroza i sole) oraz destylatora wody wielkości pudełka na chleb, który sterylizuje wodę używaną do sporządzania mieszanki. W pudełku ważącym 3 kilogramy można by zmieścić zapasy na miesiąc – to duży postęp w porównaniu z typowym dziennym zapasem, który waży 8 kilogramów, mówi John Knight, dyrektor zarządzający firmy Ellen Medical Devices w Camperdown, która została utworzona w celu opracowania prototypu. Celem Knighta jest ukończenie badań klinicznych do końca przyszłego roku.

Odtworzenie nerki

Badacze z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Francisco (UCSF) i Uniwersytetu Vanderbilta w Nashville, Tennessee, ominęli zewnętrzne urządzenia i zamiast tego skupili się na opracowaniu prototypu nerki, która, jak mają nadzieję, pewnego dnia zostanie chirurgicznie wszczepiona do ciała pacjenta. Nie wymagałaby ona pompy, ponieważ byłaby przymocowana do kluczowych tętnic i zasilana ciśnieniem krwi, mówi nefrolog z Vanderbilt William Fissell, który współkieruje badaniami wraz z Shuvo Royem z UCSF.

Urządzenie zawiera dwie kluczowe części: system filtracji krwi oraz moduł rekalibracyjny zasilany komórkami. Filtr wykonany jest z silikonowych membran z porami w skali nanometrowej, które mają naśladować kłębuszki nerkowe. Moduł rekalibracyjny wykorzystuje komórki kanalików z wyrzuconych ludzkich nerek, aby przywrócić równowagę składników krwi, mówi Fissell.

Pod koniec zeszłego roku naukowcy poinformowali na spotkaniu Amerykańskiego Towarzystwa Nefrologicznego, że przeprowadzili pierwszy test bezpieczeństwa modułu rekalibracyjnego na świniach, bez żadnych poważnych problemów często spotykanych w przypadku wszczepianych urządzeń, w tym reakcji immunologicznej lub zakrzepów krwi.

Ale Rabelink uważa, że urządzenia wszczepialne będą trudniejsze do opracowania, ponieważ opierają się na połączeniu elementów inżynieryjnych i biologicznych, co komplikuje projekt i stwarza dodatkowe przeszkody prawne. W międzyczasie twierdzi, że postępy w badaniach nad komórkami macierzystymi mogą przewyższyć te wysiłki. „W końcu, byłoby to o wiele lepsze niż jakiekolwiek urządzenie, aby zregenerować lub przedłużyć działanie własnej nerki,” mówi.

Ale Fissell i Roy twierdzą, że techniki komórek macierzystych były powolne, aby opłacić się w innych dziedzinach, takich jak leczenie cukrzycy, więc urządzenia takie jak zautomatyzowane pompy insulinowe wiodą prym. Fissell opisuje główną przeszkodę projektu jako zabezpieczenie wystarczających funduszy na produkcję urządzenia, które jest mniej więcej wielkości puszki napoju bezalkoholowego, na większą, standardową skalę, aby mogło być ocenione przez amerykańskich regulatorów. „Pomimo pewności siebie niektórych zespołów, Sheldon uważa, że odtworzenie wyrafinowania nerki jest zbyt skomplikowane dla pojedynczego zespołu i prawdopodobnie będzie wymagało połączenia inżynierii i biologii oraz dużo więcej pieniędzy. Zaproponował ideę międzynarodowej koalicji na spotkaniu Amerykańskiego Towarzystwa Nefrologicznego w zeszłym roku i zaplanował serię spotkań w Europie pod koniec tego roku z zainteresowanymi stronami i grupami medycznymi.

Dla Fishera i innych pacjentów dostęp do jakiegokolwiek przenośnego urządzenia byłby wyzwoleniem, zapewniając „wolność i elastyczność w przeprowadzaniu dializy, kiedy chcę to zrobić”, mówi. Jako miłośnik samochodów marzy o tym, by rzucić swoją maszynę na fotel pasażera i ruszyć w drogę, mając przed sobą tylko horyzont

.